一种自愈合电缆外护套材料、制备方法及其包覆方法与流程

本发明涉及电缆护套材料技术领域，具体涉及一种自愈合电缆外护套材料、制备方法及其包覆方法。

背景技术：

电缆护套是电缆最外层的保护层，对于电缆起着最重要的保护作用。电缆外护套对于有金属护套的电缆，可以起到保护金属护套不被腐蚀的作用，不仅如此，电缆外护套还有绝缘功能，由于电缆在运行时导体电流产生的电磁感应，在金属护套上产生感应电压，上述感应电压易在金属护套上形成环流从而降低电缆的载流量，除在金属护套的连接上采取措施外，电缆外护套须具有良好的绝缘性能，使金属护套对地绝缘。一旦电缆外护套受损，轻则引起金属护套环流增大，降低电缆线路的输送容量，重则使金属护套受到腐蚀，进而危及电缆的主绝缘，直至绝缘击穿发生事故。

电缆在运行过程中通常会受到老化或者外力损伤，上述损伤均可造成电缆外护套的开裂和磨损等，即使轻微的老化损伤，也会造成材料性能的劣化。并且随时间推移，小损伤会不断加重，最后导致电缆外护套材料力学性能和绝缘性能的彻底丧失。目前，对于电缆外护套绝缘故障的修复，常用修复方法有修复液灌装、热风焊、热缩管等，存在修复适用面窄、修复效果不佳等缺点，特别是上述常规方法需要故障点定位，而故障点定位需要依靠人工巡查、无人机巡线以及各种故障定位仪器，由于电网的线路长、敷设复杂，受到探测距离、探测仪的灵敏度影响，故障点发现难度大，耗费大量人力、物力，因此，现有的电缆外护套修复方法操作复杂、修复效果不佳且修复适用面窄成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种自愈合电缆外护套材料、制备方法及其包覆方法，有效的解决了现有的电缆外护套修复方法操作复杂、修复效果不佳且修复适用面窄的技术问题。

本发明提供了一种自愈合电缆外护套材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将主体材料与客体材料溶于溶剂中形成混合溶液，超声所述混合溶液形成主客体包合物；

其中，所述主体材料包括环糊精聚合物，

所述客体材料为金刚烷甲基丙烯酸甲酯、偶氮苯甲基丙烯酸甲酯、二茂铁甲基丙烯酸甲酯、多酚甲基丙烯酸甲酯、酚酞甲基丙烯酸甲酯或肉桂酸甲基丙烯酸甲酯，

所述溶剂既为所述主体材料的良溶剂，也为所述客体材料的良溶剂；

步骤2：将所述主客体包合物、丙烯酸酯、交联剂和引发剂混合并发生共聚反应形成所述自愈合电缆外护套材料。

更优选的，所述客体材料为金刚烷甲基丙烯酸甲酯。

优选的，在超声所述混合溶液后，在形成主客体包合物之前，还包括搅拌所述混合溶液。

优选的，所述搅拌的时间为20h～30h。

更有选的，所述搅拌的时间为24h。

优选的，步骤1中所述溶剂为去离子水。

优选的，步骤1中所述超声反应的时间为4～8min。

更优选的，步骤1中所述超声反应的时间为5min。

优选的，所述主体材料与所述客体材料的摩尔比为1:1～1:2。

更优选的，所述主体材料与所述客体材料的摩尔比为1:1。

优选的，步骤2中所述丙烯酸酯为丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯。

更优选的，步骤2中所述丙烯酸酯为丙烯酸羟乙酯。

优选的，步骤2中所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯和过氧化甲乙酮中的一种或多种。

更优选的，步骤2中所述引发剂为过硫酸钾。

更优选的，所述交联剂为四甲基乙二胺。

本发明还提供了一种自愈合电缆外护套材料的包覆方法，包括以下步骤：

步骤1：将主客体包合物、丙烯酸酯、引发剂和交联剂加入到包覆机构中；

步骤2：所述主客体包合物、所述丙烯酸酯、所述引发剂和所述交联剂在所述包覆机构内发生共聚反应形成所述自愈合电缆外护套材料；

步骤3：将电缆线芯移入所述包覆机构内，将所述自愈合电缆外护套材料贴合在所述电缆线芯外表面。

更优选的，还包括共聚单体存储箱，所述共聚单体存储箱用于存储所述主客体包合物、所述丙烯酸酯、所述引发剂和所述交联剂四甲基乙二胺。

更优选的，所述电缆线芯通过所述电缆拉直机驱动未包覆的电缆线芯向前移动到包覆机构进行包覆。

更优选的，还包括清洗装置和干燥装置，所述清洗装置和所述干燥装置的作用是在所述电缆线芯包覆前清洗其表面的杂质，然后干燥后进入包覆机进行包覆，通过清洗和干燥可进一步提高电缆线芯和自愈合电缆外护套材料贴合的紧密程度。

更优选的，在所述步骤3后，还包括将已贴合好自愈合电缆外护套材料的电缆线芯干燥收缩，进一步提高贴合的紧密度。

本发明提供了一种自愈合电缆外护套材料，上述材料包覆在电缆外表面，电缆在没有开裂时，主客体分子包合在一起，当电缆开裂时，主客体分子在外力的作用下分开，但由于主体分子环糊精分子结构为中空结构，并具有疏水性，而客体分子金刚烷为线型结构，具有疏水性，主客体分子分开后，在疏水性作用下，客体材料进入主体材料的中空内孔，重新形成主客体包合的超分子力，将断面拉合在一起，自行修复。这种修复可多次进行，并且无需外界条件刺激，可自主修复创伤，恢复正常的力学、电气等性能，避免发生水树、电树等绝缘故障使损伤进一步发展，造成绝缘性能完全丧失，有效地提高了电缆的使用寿命。

现有的热风焊枪修复方法是将同质的绝缘材料熔融焊到创口上，易导致截面较小的线芯焊接效果不佳。与现有的热风焊枪修复方法相比，本发明提供的具备自愈合性能电缆外护套材料无需电烙铁或热风焊枪，更为方便、快捷，并且对于截面较小的线芯一样可保证修复质量。现有的热缩管修复法每次修复相当于在创面上加一层材料导致绝缘层变厚从而影响散热，与现有的热缩管修复方法相比，本发明在进行自我修复后，电缆绝缘层厚度不会改变，不容易导致接头发热等事故隐患。此外，本发明提供的自愈合电缆外护套材料由于可以自主修复创伤，使得电缆在遭受损伤时，不需要耗费大量的人力、物力查找故障点，不需故障定位装置，减少了电缆检修的人力物力成本。

此外，本发明提供的一种包覆方法，由于不是采用加热熔融挤压成型，因此，该包覆机构无需采用加热装置，将主客体包合物、引发剂等物料加入共聚反应在室温环境下进行。

在本发明实施例中，本发明提供的具备自愈合性能电缆外护套材料的电气、力学性能符合国家标准的要求，拉伸性能恢复效率达到80％以上，断裂伸长率恢复效率达到90％以上，电气性能恢复效率90％以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中自愈合电缆外护套材料的包覆方法的流程示意图；

图2为本发明实施例自愈合前后的拉伸性能图；

其中，附图标记如下：

1、电缆线芯；2、电缆拉直机；3、清洗机；4、干燥机；5、包覆机构；6、共聚单体存储箱；7、已贴合好自愈合电缆外护套材料的电缆线芯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种自愈合电缆外护套材料、制备方法及其包覆方法，有效的解决了现有的电缆外护套修复方法操作复杂、修复效果不佳且修复适用面窄的技术问题。

以下就本发明所提供的一种自愈合电缆外护套材料、制备方法及其包覆方法做进一步说明。

实施例1

主体分子合成(环糊精聚合物)：将20g环状糊精溶解于30ml质量分数为15％的氢氧化钠溶液中，于35℃条件下搅拌2h，形成澄清透明溶液，然后将7.832ml环氧氯丙烷加入上述澄清透明溶液中，在35℃下反应3.0h，反应结束后，加入200ml异丙醇进行沉淀，过滤沉淀，并将所得产物溶于30ml适量水中，用稀盐酸中和，并透析一周，最后将产物浓缩并冷冻干燥得到白色固体即环糊精聚合物(poly-cd)。

客体分子合成()金刚烷甲基丙烯酸甲酯：取2.3g金刚烷甲酸(ad-cooh)溶解在50ml二氯亚砜中，在90℃下搅拌5h。将多余的二氯亚砜旋干后获得金刚烷酰氯。在0℃下将1ml的2-羟基乙基-甲基丙烯酸酯(hema)和1.6ml的三乙胺溶解在100ml二氯甲烷中。将上一步得到的金刚烷酰氯溶解在30ml二氯甲烷中并缓慢滴入hema溶液中。反应过夜后，淡黄色的反应液通过1mol/l盐酸溶液，碳酸氢钠和去离子水洗涤后，加入无水硫酸钠，过滤并蒸发掉多余的溶剂获得产物，将产物通过柱层析分离(洗脱剂采用正己烷/乙酸乙酯＝40/1的混合溶液)，得到浅黄色的油状液体，静置一段时间后有固体颗粒析出即得到客体材料金刚烷甲基丙烯酸甲酯(hema-ad)。

制备主客体包合物：按摩尔比1:1将poly-cd和hema-ad溶于20ml的去离子水中，超声5min，并在室温下搅拌24h形成主客体包合物。

制备自愈合电缆外护套材料：将上述主客体包合物、12.09ml的丙烯酸羟乙酯(hea)、276mg引发剂过硫酸钾(kps)、180μl的四甲基乙二胺交联剂从包覆机构的加料口加入到机头体内，在螺杆搅拌下混合均匀并在芯模内发生聚合反应并包覆在线芯表面，通过口模时挤压成型。

图1为本发明实施例中自愈合电缆外护套材料的包覆方法的流程示意图，如图1所示，电缆线芯1通过电缆拉直机2驱动，再经过清洗装置(即清洗机3)将电缆线芯1表面的杂质和粉尘等清洗干净，再通过干燥装置(干燥机4)干燥移动至进入包覆机构5内，同时，将共聚单体存储箱6内的原料加入到包覆机构5内，在螺杆搅拌下混合均匀并在包覆机构5内发生聚合反应，并挤压成型贴合在电缆线芯1外层，最后经干燥收缩进一步提高贴合的紧密度，得到已贴合好自愈合电缆外护套材料的电缆线芯7。

图2为本发明实施例自愈合前后的拉伸性能图，如图2所示，original代表未拉断前的已贴合好自愈合电缆外护套材料的电缆线芯7的拉伸强度曲线，self-healing代表拉断后的已贴合好自愈合电缆外护套材料的电缆线芯7的拉伸强度曲线，结果显示电缆损伤前其拉伸强度为11.02mpa，断裂伸长率585％，体积电阻率9.3*10⁸ω·m；损伤自愈合后拉伸强度为9.02mpa，断裂伸长率554％，体积电阻率9.3*10⁸ω·m；拉伸强度自愈合效率81.9％，断裂伸长率自愈合效率94.7％，体积电阻率自愈合效率94.3％，修复前后的电缆性能仍符合国家标准要求。与之相比，普通材料通电缆护套材料无自修复性能，开裂后完全丧失原有机械性能，拉伸强度和断裂伸长率均为0，自修复效率为0，而开裂的位置容易形成水树、电树，造成损伤开裂处绝缘击穿，丧失绝缘性能。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。